JP2022091529A - ステージ装置、撮像装置およびレンズ鏡筒 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動方向の異なる複数のアクチュエータを適切に制御する。
【解決手段】固定部４０ｂは、可動部４０ａを相対的に変位可能に支持する。超音波モータ３０ａ、３０ｂは、振動を用いて互いに平行でない方向の駆動力を発生させる。ブレ補正制御部１５ｂは、Ａｃｔ．３０ａ、３０ｂ制御量に基づいてＡｃｔ．３０ａ、３０ｂ駆動指令を生成する。アクチュエータ駆動部１７ｂは、Ａｃｔ．３０ａ、３０ｂ駆動指令に応じたＡｃｔ．３０ａ、３０ｂ駆動信号を出力することで超音波モータ３０ａ、３０ｂを駆動する。ブレ補正制御部１５ｂは、自モータ（あるアクチュエータ）である超音波モータ３０ａに対応する第１の制御量（Ａｃｔ．３０ａ制御量）と、他モータである超音波モータ３０ｂに対応する第２の制御量（Ａｃｔ．３０ｂ制御量）とに基づいて、自モータに対応するＡｃｔ．３０ａ駆動指令を生成する。
【選択図】図１１

Description

本発明は、振動と摩擦力とによって駆動力を生じさせるステージ装置、撮像装置およびレンズ鏡筒に関する。

従来、撮像装置等に適用されるステージ装置が知られている。ステージ装置を駆動するアクチュエータとして、超音波モータ等の摩擦駆動アクチュエータが用いられている。摩擦駆動アクチュエータは、被駆動体に対して摩擦子を加圧接触させたうえで、圧電素子等により振動させることで、被駆動体を一定方向に繰り返し摩擦して駆動力を伝達するモータである。摩擦駆動アクチュエータは一般に、小型で大ストローク、高トルク、非磁性といった特性を持つため、ステージ装置に採用される。

摩擦駆動アクチュエータの例として、特許文献１には共振型の超音波モータが開示されている。この超音波モータは、摩擦子を備える振動子と一体化された圧電素子に対して二相交番電圧を印可することで駆動力が発生する。二相交番電圧の周波数、振幅、位相差をパラメータとして駆動制御が行われる。

特開２００９－２２５５０３号公報

しかしながら、上述のような摩擦駆動アクチュエータは一般に、１方向にのみ駆動力を発生させるもの（いわゆるリニアアクチュエータ）が多く、その他の方向に対しては、摩擦子を被駆動体に対して加圧接触させていることから大きな抵抗を示すものが多い。ここで、２方向以上に駆動するステージ装置（いわゆる２次元ステージ装置等）において、特に、単一の固定部（支持体）と可動部（被駆動体）の組み合わせに対して複数の摩擦駆動アクチュエータを接続した構成のものがある。このような構成のステージ装置で、可動部を２方向以上に駆動しようとする場合には、上述したその他の方向に対する抵抗が問題となる場合がある。

本発明は、駆動方向の異なる複数のアクチュエータを適切に制御することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、被駆動体と、前記被駆動体を相対的に変位可能に支持する支持体と、摩擦子を有し、前記被駆動体および前記支持体のいずれか一方に固定されると共に、前記被駆動体および前記支持体のいずれか他方に対して前記摩擦子が加圧接触し、振動を用いて互いに平行でない方向の駆動力を前記被駆動体に与える複数のアクチュエータと、前記複数のアクチュエータの各々に対応する制御量に基づいて、前記アクチュエータの各々に対応する駆動指令を生成する制御手段と、前記制御手段により生成された駆動指令に応じた駆動信号を出力することで前記アクチュエータの各々を駆動する駆動手段と、を有し、前記制御手段は、前記複数のアクチュエータのうち、あるアクチュエータに対応する第１の制御量と、前記複数のアクチュエータのうち前記あるアクチュエータではない他のアクチュエータに対応する第２の制御量とに基づいて、前記あるアクチュエータに対応する前記駆動指令を生成することを特徴とする。

本発明によれば、駆動方向の異なる複数のアクチュエータを適切に制御することができる。

ステージ装置が適用される撮像装置のシステム構成を示すブロック図である。 ブレ補正機構を＋Ｚ側から見た図、Ａ－Ａ線に沿う断面図である。 超音波モータの正面図、下面図、Ｂ－Ｂ線に沿う断面図である。 超音波モータの共振モードを示す模式図である。 超音波モータの駆動力伝達原理を示す模式図である。 二相交流の位相差に応じた超音波モータの特性の変化を示す図である。 位相差制御による駆動制御を実現する制御ブロック図、位相差制御による駆動制御における超音波モータの特性を示す図である。 二相交流の振幅に応じた超音波モータの特性の変化を示す図である。 省電力駆動制御における超音波モータの特性を示す図である。 ブレ補正機構に関する制御ブロック図である。 アクチュエータ制御器のブロック図である。 周波数ＬＵＴ、振幅ＬＵＴ、位相差ＬＵＴを示す図である。 駆動制御による効果および駆動特性を示す図である。 アクチュエータ駆動部及びその周辺構成を示す模式図である。 ロジックＩＣが出力する各信号を示す図、電極の電位と分極領域を流れる電流を示す図である。 ブレ補正機構の構成を示す模式図である。 出力変換器、アクチュエータ制御器、評価器を示すブロック図である。 非共振型の超音波モータを示す図である。 球面ステージ装置の平面図、正面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るステージ装置が適用される撮像装置のシステム構成を示すブロック図である。この撮像装置１０は、一例としてレンズ交換式デジタルカメラ１０（以下、カメラ１０）として構成される。カメラ本体１０ａに交換レンズ１０ｂ（レンズ鏡筒）を着脱可能である。

カメラ本体１０ａは、カメラ制御部１４ａ、撮像素子１１、信号処理部１９（集積回路及びそのプログラムによる）、ブレ補正機構２０、カメラブレ検出部１６ａを有する。カメラ本体１０ａは、ブレ補正制御部１５ａ（集積回路及びそのプログラムによる）、アクチュエータ駆動部１７ａ（電子回路による）を有する。撮像素子１１は撮像面１１ａを有する。

交換レンズ１０ｂは、レンズ制御部１４ｂ、レンズ群１２、ブレ補正機構４０、レンズブレ検出部１６ｂを有する。レンズ群１２は撮像光学系を構成する。レンズ群１２にはブレ補正用レンズ１２ｂが含まれる。交換レンズ１０ｂは、ブレ補正制御部１５ｂ（集積回路及びそのプログラムによる）、アクチュエータ駆動部１７ｂ（電子回路による）を有する。

カメラ１０において、カメラ制御部１４ａとレンズ制御部１４ｂとは、通信経路を備えたマウント部材１３を通じて互いに通信しながら、それぞれカメラ本体１０ａ、交換レンズ１０ｂの各部の動作制御やプログラム処理を行う。カメラ１０において、被写体からの光がレンズ群１２によって屈折して、撮像素子１１の撮像面１１ａ上に被写体像が結像する。この被写体像を撮像素子１１が光電変換して画像信号を生成する。この画像信号に対して信号処理部１９が各種の信号処理を行い、画像データ化することで、撮影を行うことができる。

ブレ補正機構２０、４０はそれぞれ、カメラ本体１０ａ、交換レンズ１０ｂにおける本発明のステージ装置に相当する。ブレ補正機構２０、４０の詳細な構成は後述するが、ブレ補正機構２０、４０は、相対移動可能な可動部及び固定部を有し、固定部に対して可動部を移動させる摩擦駆動アクチュエータを備えるステージ装置として構成される。ブレ補正機構２０、４０の各可動部には、撮像素子１１、ブレ補正用レンズ１２ｂが保持されている。各固定部に対する各可動部の移動方向が、レンズ群１２の光軸１２ａに対して略直交する方向（以降、光軸直交方向と記述する）に向くように、各固定部におよび各可動部が配置されている。具体的には、撮像素子１１およびブレ補正用レンズ１２ｂを光軸直交方向に移動制御することができる。これにより、カメラ１０は、光学的ブレ補正を行うことが可能である。

ブレ補正制御部１５ａ、１５ｂはそれぞれ、カメラ本体１０ａ、交換レンズ１０ｂにおける上述の光学的ブレ補正における各部の動作制御やプログラム処理を行う。アクチュエータ駆動部１７ａ、１７ｂはそれぞれ、カメラ本体１０ａ、交換レンズ１０ｂにおける上述の光学的ブレ補正において、ブレ補正制御部１５ａ、１５ｂの駆動指令に基づき、ブレ補正機構２０、４０の摩擦駆動アクチュエータを駆動する。この観点で、ブレ補正制御部１５ａ、１５ｂは、本発明における制御手段として機能し、アクチュエータ駆動部１７ａ、１７ｂは本発明における駆動手段として機能する。

カメラ１０を用いた撮影中に、カメラ１０を保持する手がぶれることや、被写体が動くこと等により、カメラ１０と被写体との間の相対的な位置関係が変化し、これにより、撮像面１１ａ上における被写体像が移動して撮影画像にブラーが生じる。これに対して、被写体像の移動量を検出（予測）し、それに対応するようにブレ補正機構２０が撮像素子１１を光軸直交方向に移動制御することで、撮像面１１ａ上における被写体像を固定化してブレ補正を行うことができる。また、ブレ補正用レンズ１２ｂは光軸直交方向に移動すると、光軸１２ａを屈折させて撮像面１１ａ上における被写体像を移動させる作用を生じさせる。よって、上述の被写体像の移動量に対応する（打ち消す）ように、ブレ補正機構４０がブレ補正用レンズ１２ｂを光軸直交方向に移動制御することによってブレ補正を行うことができる。

カメラブレ検出部１６ａ、レンズブレ検出部１６ｂはそれぞれ、カメラ本体１０ａ、交換レンズ１０ｂにおける、カメラ１０のブレを検出する。これらには例えばジャイロセンサが用いられる。ジャイロセンサによれば、カメラ１０の各方向のブレの角速度が検出されるため、それを積分して得た角度量と、レンズ群１２の焦点距離等の撮影情報をパラメータとして、被写体像の移動量を算出することができる。よって、これに対応するような撮像素子１１やブレ補正用レンズ１２ｂの動きを算出し、目標位置を設定してブレ補正機構２０、４０を駆動制御することで、ブレ補正を行うことができる。

また、撮影前に時系列的なプレビュー画像を取得し、信号処理部１９が被写体の動きベクトルを検出することで被写体の動きによる被写体像の移動量を検出（予測）し、これに対応するようにカメラ本体１０ａがブレ補正を行うこともできる。これらのブレ補正のための被写体像の移動量の検出方法や、駆動目標の算出方法については、様々な技術が開示されているが、本発明の要部ではないので詳細な説明を省略する。

ここで、カメラ１０における方向を定義する。図１に示すように、カメラ１０における光軸１２ａに対して平行な方向をＺ方向とし、特に被写体に向かう方向を＋Ｚ方向と定義する。また、Ｚ方向に直交する光軸直交方向で且つ、カメラ１０が想定する標準の姿勢における鉛直上向きの方向を＋Ｙ方向と定義する。従って、上下方向がＹ方向である。また、Ｙ方向とＺ方向とに直交する方向（つまり左右方向）をＸ方向とし、特に、被写体を前方に見たときの左方を＋Ｘ方向と定義する。

続いて、ブレ補正機構２０、４０の詳細な構成及びその駆動制御方法について説明する。なお、ブレ補正機構２０、４０は互いに類似する役割及び構成を有するため、代表として、主として交換レンズ１０ｂ側のブレ補正機構４０について詳細に説明する。

図２（ａ）は、ブレ補正機構４０を＋Ｚ側から見た図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ－Ａ線に沿う断面図である。ブレ補正機構４０は、可動部４０ａ、固定部４０ｂを含み、さらに、複数の摩擦駆動アクチュエータである超音波モータ３０ａ、３０ｂを含む。可動部４０ａが被駆動体であり、固定部４０ｂは、可動部４０ａを相対的に変位可能に支持する支持体である。

超音波モータ３０ａ、３０ｂは、薄板形状の接続部材３５ａ、３５ｂによって可動部４０ａに接続されている。圧縮バネ部材３６ａ、３６ｂはそれぞれ、超音波モータ３０ａ、３０ｂを固定部４０ａに加圧接触させるための弾性部材である。可動部４０ａは、略平面状に延在する固定部４０ｂ上で、３つのボール部材４７と３つの引張バネ部材４８とにより転動可能に付勢支持されている。可動部４０ａの移動平面が光軸１２ａに略直交するようにブレ補正機構４０が配置されている。従って、可動部４０ａは、固定部４０ａに対して相対的に、ＸＹ平面方向に移動可能である。可動部４０ａには、ブレ補正用レンズ１２ｂの光軸が光軸１２ａに合わされた状態でブレ補正用レンズ１２ｂが保持されている。これより、ブレ補正機構４０は、ブレ補正用レンズ１２ｂを光軸直交方向（ＸＹ平面内）に移動させるステージ装置となっている。

超音波モータ３０ａ、３０ｂは圧縮バネ部材３６ａ、３６ｂにより固定部４０ｂに加圧接触させられている。接続部材３５ａ、３５ｂは、可動部４０ａの移動方向には比較的高い剛性を示す一方で、それ以外の光軸１２ａ方向（Ｚ方向）や、ねじれ方向（Ｘ軸周り、Ｙ軸周り）には比較的低い剛性を示すように設計されている。これにより、超音波モータ３０ａ、３０ｂは、固定部４０ｂ上における可動部４０ａの付勢支持状態に倣うようにして、矛盾することなく固定部４０ｂに加圧接触させられる。

超音波モータ３０ａ、３０ｂはそれぞれ、Ｘ方向、Ｙ方向の駆動力を発生させる。これらの駆動力の方向は、可動部４０ａの移動面に相当するＸＹ平面内で互いに平行でない関係にある。すなわち、超音波モータ３０ａ、３０ｂは、それぞれＸ方向、Ｙ方向に駆動力を伝達することができる。よって、可動部４０ａをＸＹ平面内の一定の範囲内で任意の箇所に移動させることができる。また、その際、ガイド機構である回転規制部４９は、可動部４０ａのＸＹ平面内の並進移動を妨げることなく回転移動を規制する。これにより、可動部４０ａはＸＹ平面内で姿勢を保ったまま移動することができる。

ブレ補正機構４０においては、可動部４０ａと固定部４０ｂの単一の組み合わせに対して複数の超音波モータ３０ａ、３０ｂが接続されている。これにより、ブレ補正機構４０は、一般的な２段以上の構成（例えば、Ｘ方向移動ステージ上にＹ方向移動ステージが乗ったような構成）と比べて、薄型に構成されている。

次に、超音波モータ３０ａ、３０ｂの詳細構成を説明する。なお、超音波モータ３０ａ、３０ｂは互いに同一の構成を有するため、ここでは一般化して、超音波モータ３０として説明する。

図３（ａ）は、超音波モータ３０の正面図、下面図、Ｂ－Ｂ線に沿う断面図である。超音波モータ３０は、摩擦子を備える金属製の振動子３１と、振動子３１を加振する圧電素子３２とを有する。振動子３１と圧電素子３２とは接着剤等により強固に固定され、一体化されている。図３（ｂ）は、超音波モータ３０の背面図である。図３（ｃ）は、圧電素子３２の正面図である。超音波モータ３０は共振型の超音波モータである。

ここで、超音波モータ３０に関して用いる方向を定義する。超音波モータ３０が被駆動体に加圧接触させられる方向を加圧方向とし、これを便宜用に縦方向と定義する。振動子３１および圧電素子３２は、加圧方向に直交する平面内に延在する略平板形状を成し、略平板形状に対して長手方向と短手方向とが定義される。超音波モータ３０は長手方向に駆動力を伝達するので、この長手方向は駆動方向であり、便宜用に横方向と定義される。被駆動体は超音波モータ３０の正面側に位置する。振動子３１の背面と圧電素子３２の正面とが接着される。

この方向の定義によれば、図３（ａ）において、超音波モータ３０が超音波モータ３０ａである場合は、短手方向、長手方向、加圧方向はそれぞれＹ方向、Ｘ方向、Ｚ方向に相当する。正面図、右側面図はそれぞれ、－Ｚ側、＋Ｘ側からみた図である。

図４（ａ）、（ｂ）は、超音波モータ３０の共振モードを示す模式図である。図５は、超音波モータ３０の駆動力伝達原理を示す模式図である。なお、図５に示すように、超音波モータ３０は、可動部４０ａ（図２）に固定されて、固定部４０ｂに対して駆動力を作用させる構成である。この場合、固定部４０ｂが被駆動体と見なすことかできる。しかし、駆動力は相対的なものであるので、超音波モータ３０は、固定部４０ｂに固定されて、可動部４０ａに相対的な駆動力を作用させる構成であってもよい。すなわち、超音波モータ３０は、被駆動体および支持体のいずれか一方に固定されると共に、被駆動体および支持体のいずれか他方に対して摩擦子が加圧接触する構成であればよい。

圧電素子３２に超音波域の交番電流を流して振動させ、振動子３１を加振させると、振動子３１と圧電素子３２の組み合わせにより、超音波モータ３０は、図４（ａ）、（ｂ）に示す２つの共振モードで共振する。２つの共振が互いに近い周波数域で現れるように、振動子３１および圧電素子３２の形状等が予め設計されている。振動子３１には、摩擦子に相当する部分として２か所に突起部３１ａ、３１ｂが形成されている。突起部３１ａ、３１ｂは、図５に示すように位相の揃った楕円形状の軌跡を描くように振動して、固定部４０ｂを相対的に単一の方向に繰り返し摩擦駆動する。

図３に示すように、圧電素子３２には３箇所の電極３２ａ、３２ｂ、３２ｃが形成され、これにより圧電素子３２には２箇所の分極領域３２ａｃ、３２ｂｃが形成される。第１の電極３２ａ、第２の電極３２ｂはそれぞれ、圧電素子３２の背面の長手方向における約半分ずつの領域に存在する。また、第３の電極３２ｃは圧電素子３２の正面におけるほぼ全面と、背面における電極３２ａ、３２ｂの間に存在する。第３の電極３２ｃの正面側の部分と背面側の部分とは、周囲を経由して導通されている。

第１の分極領域３２ａｃ、第２の分極領域３２ｂｃはそれぞれ、加圧方向（縦方向）において、第１の電極３２ａと第３の電極３２ｃとの間に位置する領域と、第２の電極３２ｂと第３の電極３２ｃとの間に位置する領域である。圧電素子３２に交番電流を流すと、圧電効果により分極領域３２ａｃ、３２ｂｃが伸縮振動する。電極３２ａ、３２ｂにはそれぞれ独立して通電することができるため、分極領域３２ａｃ、３２ｂｃはそれぞれ半独立的に伸縮することが可能である。従って、分極領域３２ａｃ、３２ｂｃの伸縮振動の位相差を制御することができる。

振動子３１における突起部３１ａ、３１ｂは、短手方向における振動子３１の略中心線上において長手方向に並列配置されている。これらの突起部３１ａ、３１ｂは、例えば金属板の絞り加工等により形成され、先端は丸みを有しており、被駆動体に略点接触する。

このような超音波モータ３０は、圧電素子３２に流す交番電流に応じて、図４に示すような２つの顕著なモードの共振を、互いに近い周波数域で示す。第１の共振モードは、図４（ｂ）に示すような短手方向における１次共振である。これは、圧電素子３２の第１の分極領域３２ａｃと第２の分極領域３２ｂｃとを互いに同位相（位相差０°）で伸縮振動させることで生じる励振状態である。これを適切に実現するためには、第３の電極３２ｃを基準電位０（ＧＮＤ）とし、且つ、電極３２ａ、３２ｂに対して同位相で交番電流が流れるようにするとよい。すなわち、超音波モータ３０に対しては、位相差０°の二相交番電流（以降、単に「二相交流」と記述する）が流れるようにするとよい。この際、突起部３１ａ、３１ｂは共に共振の腹の位置に配置されており、突起部３１ａ、３１ｂは矢印４３１ａｂに示すように縦方向に振動する。

第２の共振モードは、図４（ａ）に示すような長手方向における２次共振である。これは、圧電素子３２の第１の分極領域３２ａｃと第２の分極領域３２ｂｃとを互いに逆位相で伸縮振動させることで生じる励振状態である。これを適切に実現するためには、第３の電極３２ｃを基準電位０（ＧＮＤ）とし、且つ、電極３２ａ、３２ｂに対して逆位相で交番電流が流れるようにするとよい。すなわち、超音波モータ３０に対しては、位相差１８０°の二相交流が流れるようにするとよい。この際、突起部３１ａ、３１ｂは共に、長手方向における１個飛びの節の箇所に近い所に配置されており、さらに節点を起点に縦方向に突出している。これにより、突起部３１ａ、３１ｂの先端は、矢印４３１ａ、４３１ｂに示すように互いに同位相で略横方向に振動する。

これらの２つの共振モードは、互いに近い周波数域で現れるように設計されているため、上述の位相差０°の二相交流の成分と、位相差１８０°の二相交流の成分を共に含む電流が流れるようにすることで、２つのモードで同時に励振することができる。このような電流として、例えば、図５に示すように、位相差０°の交流５０１ａおよび位相差９０°の交流５０１ｂを流すとよい。この場合、図５に示すように、突起部３１ａ、３１ｂは、図４（ａ）に矢印４３１ａ、４３１ｂで示した横方向の振動と、図４（ｂ）に矢印４３１ａｂで示した縦方向の振動とが重ね合わされた振動を示す。

すなわち、突起部３１ａ、３１ｂはそれぞれ、矢印５０２ａ、５０２ｂに示すような楕円軌跡を描くように振動する。これにより、突起部３１ａ、３１ｂは、被駆動体（ここでは固定部４０ｂ）に対して、縦方向に接触と離間を繰り返しながら横方向一方向への振動を繰り返すことで、摩擦力５０３ａ、５０３ｂを及ぼす。従って、これらの合力が超音波モータ３０の駆動力として被駆動体に伝達される。

図６は、超音波モータ３０に流れる二相交流の位相差に応じた超音波モータ３０の特性の変化を示す図である。図６では、二相交流の位相差に対応して、振動子３１の２か所の突起部３１ａ、３１ｂの振動強度（横、縦）、振動軌跡、さらには摩擦により伝達される駆動力（横摩擦力）を示している。なお、２か所の突起部３１ａ、３１ｂの特性は互いに同様であるため、図６～図９においては、代表して突起部３１ａに着目して超音波モータ３０の特性について説明する。図６に示す例では、二相交流の周波数、振幅はそれぞれ一定であるとする。

図６に示すように、超音波モータ３０に流れる二相交流の位相差が０°の場合は、図４（ｂ）で示したように、突起部３１ａの振動は専ら縦方向に大きい振幅を示す。これに対して、二相交流の位相差が９０°まで大きくなっていくと、その中に含まれる位相差０°の成分は小さくなり、位相差１８０°の成分が大きくなっていく。そのため、突起部３１ａの振動は、図４（ａ）で示したような横方向の成分が大きくなり、縦方向の成分が小さくなっていく。

これにより、突起部３１ａの先端の振動軌跡は、二相交流の位相差が０°の場合には離心率が大きい（約１）楕円形状であるが、そこから位相差が９０°まで大きくなっていくにつれて、離心率が小さい楕円形状となっていく。これより、突起部３１ａの横方向の摩擦により伝達される駆動力は、二相交流の位相差が０°の場合には小さくほぼ０であるのに対して、位相差が９０°まで大きくなっていくに応じて大きくなっていく。従って、超音波モータ３０は、二相交流を流し、その位相差をパラメータとして出力を制御する駆動制御（位相差制御による駆動制御）が可能なアクチュエータとして利用することができる。位相差制御による駆動制御について図７で説明する。

図７（ａ）は、位相差制御による駆動制御を実現する制御ブロック図である。図７（ｂ）は、位相差制御による駆動制御における超音波モータ３０の特性を示す図である。

超音波モータ３０を駆動させるためには、二相交流が流れるようにすればよいが、そのための駆動信号としては、例えば図７（ａ）に示すように、二相交番電圧を印可してもよい。圧電素子３２は電気的にはキャパシタと等価である。そのため、二相交番電圧が印可されると、周波数と位相差とは等しく、振幅は回路のリアクタンス成分に応じて決まる値の二相交番電流が圧電素子３２に流れる。

そこで、例えば、アクチュエータ駆動部１７を、例えば正弦波発生器により構成する。そして、アクチュエータ駆動部１７は、駆動指令として周波数指令、振幅指令、位相差指令の各値が入力されると、それに応じた駆動信号である二相交番電圧を生成して超音波モータ３０に印可する。詳細は後述するが、この際の駆動指令は、ブレ補正制御部１５ｂが決定してアクチュエータ駆動部１７に出力する。

上述の位相差制御による駆動制御時の超音波モータ３０の特性は、図７（ｂ）に示すものとなる。位相差指令が０°から９０°に増加するに応じて、駆動力は概ね単調に増加する傾向を示す。これより、超音波モータ３０を駆動制御することができる。しかし、位相差指令によらずに消費電力が大きいという問題が存在する。すなわち、超音波モータ３０においては、一般のＤＣモータ等とは異なり、低出力時でも消費電力があまり下がらない。これは、図４（ｂ）や図６でも説明たように、低出力時も超音波モータ３０が縦方向に大きく振動するからである。このような縦方向の振動は出力には殆ど寄与しない。そのため、消費電力削減の観点からは、低出力時は超音波モータ３０への入力を減らすように併せて制御するとよい。

図８は、超音波モータ３０に流れる二相交流の振幅に応じた超音波モータ３０の特性の変化を示す図である。図８では、二相交流の振幅に対応して、消費電力、突起部３１ａの振動軌跡、駆動力、保持力（横方向静止摩擦力）を示している。図８に示す例では、二相交流の周波数は一定であるとする。

図８に示すように、二相交流の振幅が小さくなると、消費電力も小さくなる。この際、消費電力は電流の二乗に比例するため、振幅を小さくすることによる電力の削減効果は大きい。一方で、二相交流の振幅が小さくなると、振動子３１の突起部３１ａの振動軌跡の楕円の長辺が小さくなるが、同時に短辺も小さくなり、楕円の離心率はあまり変わらない。よって、二相交流の振幅が小さくなっても、駆動力は極端に変化することはなく、元々小さい駆動力がより小さくなるといった程度の変化に留まる。

図９は、省電力駆動制御における超音波モータ３０の特性を示す図である。「省電力駆動制御」は、位相差制御による駆動制御に加えて、低出力時には、流れる二相交流の振幅が小さくなるように振幅指令も小さくする制御である。つまり、位相差制御による駆動制御は、必要な駆動力が低いほど位相差を小さくする制御であり、省電力駆動制御は、これに加えて、必要な駆動力が低いほど、位相差だけでなく振幅も小さくする制御である。

なお、圧電素子３２に流れる電流と電圧とは略比例の関係となるため、省電力駆動制御における振幅指令としては、電流を小さくしようとする割合（を示す係数α）と同じ割合で電圧を小さくすればよい。この割合を係数αとする。係数αは０より大きく１より小さい係数である。

図９に示すように、省電力駆動制御を行うことで、図７（ｂ）で示した単なる位相差制御による駆動制御と比べて、低出力時の消費電力を大きく低減することができる。一方で、駆動力は位相差指令に対して概ね単調増加となる傾向は変わらないため、超音波モータ３０を駆動制御に支障はない。

このような省電力駆動制御は、一般に、駆動方向が１方向だけのステージ装置（いわゆるリニアステージ）にはそのまま適用することができる。しかし、本実施の形態におけるブレ補正機構４０は、可動部４０ａと固定部４０ｂの組み合わせに対して複数の超音波モータ３０が接続されて、ＸＹ平面内に駆動するステージ装置（いわゆる二次元ステージ等）である。そのため、省電力駆動制御を単純に適用すると新たな課題が生じる場合がある。この課題について説明する。

図８に示すように、超音波モータ３０に流れる二相交流の振幅が小さくなると、振動子３１の突起部３１ａの振動の縦方向の成分が小さくなるため、被駆動体への接触、離間の繰り返しにおいて、接触している時間の割合が大きくなる。これにより、被駆動体に及ぼす保持力（静止摩擦力）が大きくなるため、駆動方向と異なる方向に対して及ぼす抵抗力が大きくなる。

図２に示すようなブレ補正機構４０において、例えばＸ方向駆動用の超音波モータ３０ａに対して省電力駆動制御を適用すると、Ｙ方向の駆動（超音波モータ３０ｂの駆動）に対する抵抗力が大きくなる。これにより、ブレ補正機構４０の駆動制御性が低下するという課題が生じる場合がある。

例えば、カメラ１０において、Ｘ方向にはあまりぶれず、Ｙ方向には大きくぶれたような場合は、ブレ補正機構４０はＸ方向にはあまり移動せず、Ｙ方向には大きな駆動力で移動しようとする。この場合、Ｘ方向駆動用の超音波モータ３０ａは低出力となるよう制御されるが、省電力駆動制御によりＹ方向に大きな抵抗力を示すようになるため、Ｙ方向に大きな駆動力で移動しようとしてもそのようにならない。例えば、移動が遅延して補正が間に合わなくなる場合がある。

また、例えばカメラ１０がブレ補正を利用した画素ずらし撮影等を行うような場合に、ブレ補正機構４０はＹ方向には動かさないが、Ｘ方向には極微小量だけ精密に動かそうとする場合がある。つまり、Ｘ方向に関する目標位置までの位置偏差が非常に小さい場合である。この場合、Ｙ方向駆動用の超音波モータ３０ｂに省電力駆動制御が適用されることでＸ方向に大きな抵抗力を示すようになると、Ｘ方向に極微小量、精密に動かそうとしてもそのように動作せず、やがてフィードバック制御がオーバーシュートするおそれもある。

このような事情から、ブレ補正機構４０のような二次元ステージ装置の駆動制御においては、各々の超音波モータに対して省電力駆動制御を適用する際に、自身による駆動方向以外の他の方向の駆動制御に及ぼす影響を勘案するとよい。そのためには、制御対象の超音波モータの省電力駆動制御において、他の超音波モータを含めた複数の超音波モータの制御量を参照するとよい。

このような制御量としては、例えば、超音波モータの出力を制御しようとする操作量である制御量や、フィードバック制御における目標位置までの変位量である制御量を利用することができる。以降、必要とする駆動力を示す制御量を「駆動力制御量」と呼称する。必要とする変位量（被駆動体を変位させる量）を示す制御量、すなわち現在位置から目標位置までの位置偏差を「変位量制御量」と呼称することもある。

例えば、他の超音波モータにおける必要とする駆動力制御量が大きい場合には、被駆動体を大きな駆動力で動かそうとしている場合と判断できるため、このような場合には省電力駆動制御を控えるとよい。また、他の超音波モータのフィードバック制御における変位量制御量が小さい場合には、上述の極微小量、精密に動かそうとしている場合と判断できるため、同様に省電力駆動制御を控えるとよい。ここでいう「省電力駆動制御を控える」とは、他の超音波モータにおける必要な駆動力が低いほど、自身の（制御対象の）超音波モータにおける二相交流の振幅を小さくする程度を緩和する（振幅を小さくする度合いを低くする）という意味である。従って、省電力駆動制御を控えることで、省電力の効果は若干低下することになる一方、補正が間に合わなくなったりフィードバック制御がオーバーシュートしたりすることが回避される。本実施の形態では、単純な省電力駆動制御に、二相交流の振幅を小さくする程度を緩和する制御を組み合わせた、「改良された省電力駆動制御」を採用する。

言い換えると、各々の超音波モータに対する振幅指令を決定する際に、指令を行う対象の超音波モータの制御量だけでなく、他の超音波モータも含めた複数の超音波モータの制御量に基づいて振幅指令を決定するとよい。この内容の詳細について、ブレ補正機構４０の駆動制御を例にとって説明する。

図１０は、ブレ補正機構４０に関する制御ブロック図である。上述のように、ブレ補正機構２０、４０は互いに類似する役割及び構成を有するため、代表としてブレ補正機構４０における制御構成について詳細に説明する。図１０において、駆動制御上の実際の信号を実線で示し、仮想的な力の作用を破線で示している。また、Ｘ方向の処理とＹ方向の処理については、パラメータは異なるものの処理内容は共通であるため、ブロックと信号はまとめて示している。その際、複数の信号の組み合わせは太線により示している。

まず、ブレ補正機構４０の制御における主要な各部の動作（役割と入出力）について説明する。図２では図示を省略したが、ブレ補正機構４０は、位置センサ１０１１を備える。位置センサ１０１１は、可動部４０ａの固定部４０ｂに対する相対位置を検出し、これをブレ補正用レンズ１２ｂの位置に関する位置情報（Ｘ、Ｙ）として、レンズ制御部１４ｂに出力する。位置情報（Ｘ、Ｙ）はＸ、Ｙ方向の各情報を含む。レンズ制御部１４ｂには、レンズブレ検出部１６ｂからブレ情報が入力される。

レンズ制御部１４ｂは、ブレ補正制御部１５ｂがブレ補正用レンズ１２ｂの位置に関するフィードバック制御を行うための、目標位置および位置検出量を算出する役割を果たす。まず、レンズ制御部１４ｂは、ブレ情報に基づいて、目標位置（Ｘ、Ｙ）を算出すると共に、位置情報（Ｘ、Ｙ）に基づいて、現在を示す位置検出量（Ｘ、Ｙ）を算出する。そしてレンズ制御部１４ｂは、目標位置（Ｘ、Ｙ）および位置検出量（Ｘ、Ｙ）をブレ補正制御部１５ｂに出力する。なお、ここでの処理はブレ補正制御部１５ｂが直接行ってもよい。

ブレ補正制御部１５ｂは、ブレ補正用レンズ１２ｂの位置に関するフィードバック制御を行う。ブレ補正制御部１５ｂは、レンズ制御部１４ｂから、ブレ補正用レンズ１２ｂの目標位置（Ｘ、Ｙ）と位置検出量（Ｘ、Ｙ）を受け取る。フィードバック制御器１０００は、Ｘ、Ｙの方向ごとに、位置目標量と位置検出量との位置偏差を解消するために、超音波モータ３０ａ、３０ｂを駆動する量に相当する制御量（Ｘ、Ｙ）を算出する。フィードバック制御器１０００は、算出した制御量（Ｘ、Ｙ）を出力変換器１００１に出力する。

出力変換器１００１は、フィードバック制御器１０００から受けた制御量（Ｘ、Ｙ）を、超音波モータ３０ａ、３０ｂの各々の制御量であるＡｃｔ．３０ａ制御量（第１の制御量）、Ａｃｔ．３０ｂ制御量（第２の制御量）にそれぞれ変換する。なお、ブレ補正機構４０においては、超音波モータ３０ａ、３０ｂの駆動方向はそれぞれＸ方向、Ｙ方向に合わせられているため、Ｘ方向とＹ方向に関する制御量をそのまま超音波モータ３０ａ、３０ｂの制御量として割り振ることができる。一方で、仮に、各アクチュエータの駆動方向が、フィードバック制御器１０００が出力する制御量の方向と合っていない場合には、出力変換器１００１は、これらを合わせるための変換計算を行う。なお、Ａｃｔ．３０ａ、３０ｂ制御量にはいずれも、駆動力制御量、変位量制御量のほか、周波数を制御するための周波数制御量が含まれる。

出力変換器１００１は、Ａｃｔ．３０ａ制御量を、アクチュエータ制御器１００２ａ、１００２ｂへ出力すると共に、Ａｃｔ．３０ｂ制御量を、アクチュエータ制御器１００２ａ、１００２ｂへ出力する。アクチュエータ制御器１００２ａは、Ａｃｔ．３０ａ制御量およびＡｃｔ．３０ｂ制御量の双方に基づいて、超音波モータ３０ａ用の駆動指令として、Ａｃｔ．３０ａ駆動指令を生成する。アクチュエータ制御器１００２ｂは、Ａｃｔ．３０ａ制御量およびＡｃｔ．３０ｂ制御量の双方に基づいて、超音波モータ３０ｂ用の駆動指令として、Ａｃｔ．３０ｂ駆動指令を生成する。

ここで、Ａｃｔ．３０ａ駆動指令には、Ａｃｔ．３０ａ位相差指令、Ａｃｔ．３０ａ振幅指令、Ａｃｔ．３０ａ周波数指令が含まれる。同様に、Ａｃｔ．３０ｂ駆動指令には、Ａｃｔ．３０ｂ位相差指令、Ａｃｔ．３０ｂ振幅指令、Ａｃｔ．３０ｂ周波数指令が含まれる。アクチュエータ制御器１００２ａ、１００２ｂは、生成したＡｃｔ．３０ａ駆動指令、Ａｃｔ．３０ｂ駆動指令を、それぞれアクチュエータ駆動部１７ｂの駆動部１００３ａ、１００３ｂへ出力する。このように、アクチュエータ制御器１００２ａ、１００２ｂは、対応する超音波モータ用だけでなく、他の超音波モータ用の制御量も受け取り、それらに基づいて駆動指令を決定する。

駆動部１００３ａ、１００３ｂは、Ａｃｔ．３０ａ駆動指令、Ａｃｔ．３０ｂ駆動指令に基づいて、それぞれ、超音波モータ３０ａ、３０ｂ用の駆動信号として、二相交流であるＡｃｔ．３０ａ駆動信号、Ａｃｔ．３０ｂ駆動信号を生成する。そして、駆動部１００３ａ、１００３ｂは、これらＡｃｔ．３０ａ駆動信号、Ａｃｔ．３０ｂ駆動信号を、ブレ補正機構４０内の超音波モータ３０ａ、３０ｂに印可することで駆動する。

ブレ補正機構４０は、ブレ補正用レンズ１２ｂを目標位置に移動させる役割を果たす。Ａｃｔ．３０ａ、３０ｂ駆動指令により超音波モータ３０ａ、３０ｂが駆動されて可動部４０ａに相対的な駆動力を作用させることで、ブレ補正用レンズ１２ｂが移動する。

図１１は、アクチュエータ制御器１００２ａ、１００２ｂのブロック図である。アクチュエータ制御器１００２ａ、１００２ｂの構成は共通であるので、アクチュエータ制御器１００２ａについて説明する。アクチュエータ制御器１００２ａは、Ａｃｔ．３０ａ位相差指令、Ａｃｔ．３０ａ振幅指令、Ａｃｔ．３０ａ周波数指令のそれぞれを決定するためのルックアップテーブル（ＬＵＴ）を備える。各ＬＵＴは、入力された制御量に対応する指令値を生成するための情報である。なお、アクチュエータ制御器１００２ａの内部構成はこのようなＬＵＴに限らず、より基本的な、ゲイン乗算とオフセット演算、及び場合分けによる処理により、入力された制御量に対して各々の指令値を決定できる構成であってもよい。

振幅指令を算出するための振幅ＬＵＴは２次元（２Ｄ）であり、制御対象の超音波モータの制御量だけではなく、他の超音波モータの制御量も受け取る。振幅ＬＵＴでは、他の超音波モータの制御量に応じたテーブルが選択されて、このテーブルを使用して制御対象の超音波モータの制御量に応じた振幅指令が出力される。例えば、アクチュエータ制御器１００２ａ内の振幅ＬＵＴは、Ａｃｔ．３０ａ制御量だけでなく、Ａｃｔ．３０ｂ制御量も受け取り、Ａｃｔ．３０ｂ制御量に応じたテーブルを用いて、Ａｃｔ．３０ａ制御量に応じたＡｃｔ．３０ａ振幅指令を出力する。

図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、アクチュエータ制御器１００２ａにおける周波数ＬＵＴ、振幅ＬＵＴ、位相差ＬＵＴを示す図である。図１２（ｂ）に示すように、振幅ＬＵＴは２次元である。他の超音波モータの制御量の入力に応じて、複数の振幅ＬＵＴのうち１つが、使用する振幅ＬＵＴとして選択される。

例えば、他の超音波モータの駆動力制御量が小さい場合には、テーブル１２０１が選択され、他の超音波モータの駆動力制御量が中程度であればテーブル１２０２が選択され、他の超音波モータの駆動力制御量が大きければテーブル１２０３が選択される。テーブル１２０１よりもテーブル１２０２の方が、振幅を小さくする程度が緩和されるようになっている。さらに、テーブル１２０２よりもテーブル１２０３の方が、振幅を小さくする程度が緩和されるようになっている。これにより、他の超音波モータにおける必要な駆動力が低いほど振幅を小さくする程度が緩和される。

なお、他の超音波モータの駆動力制御量ではなく、他の超音波モータの変位量制御量に基づいて、使用する振幅ＬＵＴを選択してもよい。例えば、他の超音波モータの変位量制御量が大きい場合には、テーブル１２０１が選択され、他の超音波モータの変位量制御量が中程度であればテーブル１２０２が選択され、他の超音波モータの変位量制御量が小さければテーブル１２０３が選択される。

なお、複数の振幅ＬＵＴは３段階に限らず、４段階以上設けられていてもよい。また、使用する振幅ＬＵＴが選択される際、他の超音波モータの駆動力制御量と他の超音波モータの変位量制御量の双方に基づいて選択されてもよい。その場合、予め、駆動力制御量と変位量制御量とに重み付けを設けてもよい。そして、駆動力制御量に基づき選択される振幅ＬＵＴと変位量制御量に基づき選択される振幅ＬＵＴとが合致しない場合は、重み付けに従って、いずれかの振幅ＬＵＴまたは中間の振幅ＬＵＴを選択するようにしてもよい。

位相差ＬＵＴ（図１２（ｃ））おいては、正負の制御量に応じて位相差指令が概ね単調増加・減少するようになっている。また、周波数指令については、図４（ａ）、（ｂ）で示した超音波モータ３０の共振に近い周波数（共振ピーク周波数）であるほど、縦方向、横方向共に大きな振動が得られ、これにより超音波モータ３０の出力が大きくなる。しかし、その分、低出力側の応答特性が低下したり、超音波モータ３０が破損しやすくなったりといった課題が生じるおそれがある。そのため、周波数ＬＵＴ（図１２（ａ））は、通常の低～中出力時は、共振ピーク周波数から離れたイニシャル周波数で駆動するようになっている。また、周波数ＬＵＴは、イニシャル周波数で駆動した後、出力を上げるために位相差を０°から９０°まで上げ切り、より高出力が必要になった場合には、周波数を徐々に共振ピーク周波数に近づけるように周波数指令を行うようになっている。

図１３（ａ）～（ｃ）は、２つの超音波モータにおける駆動力制御量に応じた駆動制御による効果および駆動特性を示す図である。図１３（ａ）は本実施の形態における改良された省電力駆動制御、図１３（ｂ）は、単純な省電力駆動制御、図１３（ｃ）は省電力駆動制御でない従来の駆動制御を示している。各図において、消費電力および駆動特性は、ブレ補正機構４０としての特性を定性的に示したものである。各図に示した制御量は、駆動力制御量である。

一例として、超音波モータ３０ａを制御対象（ここでは自モータと呼ぶ）とし、超音波モータ３０ｂを他の超音波モータ（ここでは他モータと呼ぶ）として説明する。

図１３（ｃ）に示すように、従来の駆動制御では、自モータは、自モータの駆動力制御量を小さくする際、他モータの駆動力制御量の大小にかかわらず、自モータの位相差だけ小さくし、振幅は一定にする。この場合、各々の超音波モータの出力が小さい場合でも、図７（ｂ）で示したように消費電力があまり減少しない。そのため、ブレ補正機構４０の消費電力は常に大きい。

図１３（ｂ）に示す単純な省電力駆動制御では、自モータは、自モータの駆動力制御量を小さくする際、他モータの駆動力制御量の大小にかかわらず、自モータの位相差だけでなく振幅も小さくする。この場合、各々の超音波モータの出力が小さい場合に、図９で示したように消費電力が低減するため、ブレ補正機構４０の消費電力が低減されるという効果が得られる。しかし、他モータに及ぼす抵抗力が大きくなるため、ブレ補正機構４０の駆動特性が低下する。

図１３（ａ）に示す改良された省電力駆動制御では、自モータは、自モータの駆動力制御量を小さくする際、単純な省電力駆動制御（図１３（ｂ））と同様に、自モータの位相差だけでなく振幅も小さくすることで、消費電力が低減される。さらにその際、自モータは、他モータの駆動力制御量の大小に応じて振幅を小さくする程度を変更する。つまり、他モータの駆動力制御量が大きいとき（図１３（ａ）の下２行）は、他モータの駆動力制御量が小さいとき（図１３（ａ）の上２行）と比べて、振幅を小さく程度が緩和される。これにより、単純な省電力駆動制御と比べて、消費電力削減の効果は低下するものの、駆動特性の著しい低下は回避される。従って、ブレ補正機構４０のバランスの良い駆動制御を行うことができる。

なお、他モータの変位量制御量に応じて、改良された省電力駆動制御を実施する場合は、図１３の各図の縦軸は他モータの変位量制御量となり、その大小関係は図示したものとは逆になる。

本実施の形態によれば、ブレ補正制御部１５ｂは、超音波モータ３０ａ、３０ｂの各々に対応するＡｃｔ．３０ａ、３０ｂ制御量に基づいて、各々に対応するＡｃｔ．３０ａ、３０ｂ駆動指令を生成する。その際、ブレ補正制御部１５ｂは、制御対象となる自モータに対応する第１の制御量（Ａｃｔ．３０ａ制御量）と、他モータに対応する第２の制御量（Ａｃｔ．３０ｂ制御量）とに基づいて、自モータに対応するＡｃｔ．３０ａ駆動指令を生成する。アクチュエータ駆動部１７ｂは、Ａｃｔ．３０ａ、３０ｂ駆動指令に応じたＡｃｔ．３０ａ、３０ｂ駆動信号を出力することで超音波モータ３０ａ、３０ｂを駆動する。

例えば、ブレ補正制御部１５ｂは、自モータ（あるアクチュエータ）に対応する駆動指令のうち交番電流の位相差に関する指令を、第１の制御量（Ａｃｔ．３０ａ制御量）における制御量に基づき決定する。それと共に、ブレ補正制御部１５ｂは、自モータに対応する駆動指令のうち振幅指令を、第１の制御量（Ａｃｔ．３０ａ制御量）と第２の制御量（Ａｃｔ．３０ｂ制御量）（駆動力制御量または変位量制御量）とに基づいて決定する。

これにより、自モータ（あるアクチュエータ）が他モータ（他のアクチュエータ）へ及ぼす抵抗が低くなるので、駆動方向の異なる複数のアクチュエータを適切に制御することができる。

すなわち、まず、単純な省電力駆動制御（図１３（ｂ））により、自モータの駆動力制御量が小さいほど、振幅を小さくするので、消費電量を抑制することができる。さらに、改良された省電力駆動制御（図１３（ａ））により、他モータの駆動力制御量が大きいほど、振幅を小さくする度合いを低くするので、消費電量抑制の効果をある程度維持しつつ駆動特性の大きな低下を回避することができる。また、改良された省電力駆動制御（図１３（ａ））により、他モータの変位量制御量が小さいほど、振幅を小さくする度合いを低くするので、消費電量抑制の効果をある程度維持しつつ駆動特性の大きな低下を回避することができる。以上の効果は、ブレ補正制御部１５ａにおいても得られる。

なお、各ＬＵＴにおいて、全領域でパラメータを一様に増減する構成である必要はなく、一部の領域でパラメータが一定となってもよい。この観点を考慮すると、次のように表現してもよい。ブレ補正制御部１５ｂが制御手段となる場合を例にとる。

図９等において、省電力のため、自モータに対応する交番電流の振幅指令を決定する際、次のようにする。ブレ補正制御部１５ｂは、第１の制御量（Ａｃｔ．３０ａ制御量）における駆動力制御量が、第１の量である場合よりも、第１の量より小さい第２の量である場合の方が、振幅を小さくする。

また、図１３（ａ）に示すように、改良された省電力駆動制御において、自モータに対応する交番電流の振幅指令を決定する際で且つ、振幅を小さく場合において、次のようにする。ブレ補正制御部１５ｂは、第２の制御量（Ａｃｔ．３０ｂ制御量）における駆動力制御量が、第３の量である場合（図１３（ａ）の上２行）よりも、第３の量より大きい第４の量である場合（図１３（ａ）の下２行）の方が、振幅を小さくする度合いを低くする。あるいは、ブレ補正制御部１５ｂは、第２の制御量（Ａｃｔ．３０ｂ制御量）における変位量制御量が第５の量である場合よりも、第５の量より小さい第６の量である場合の方が、振幅を小さく度合いを小さくする。

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、アクチュエータ駆動部１７ａ、１７ｂとして、正弦波発生器を例示した。一般に、正弦波発生器においては、電子回路規模や論理構成規模が大きいため、小型精密機器への搭載には不利である。そこで、本発明の第２の実施の形態では、アクチュエータ駆動部１７ａ、１７ｂに、より小型な構成を採用する。

図１４は、アクチュエータ駆動部およびその周辺構成を示す模式図である。本実施の形態において、アクチュエータ駆動部１７ａ、１７ｂに相当するものを、アクチュエータ駆動部１７－２と記す。アクチュエータ駆動部１７－２には、ロジックＩＣ１４００が接続される。アクチュエータ駆動部１７－２は、モータドライバＩＣ１４０１を含むほか、インダクタンス成分及びトランス成分を含む駆動回路として、インダクタ１４０２ａ、１４０２ｂ、トランス１４０３ａ、１４０３ｂを含む。なお、ロジックＩＣ１４００はアクチュエータ駆動部１７－２とは別に構成されるが、アクチュエータ駆動部１７－２の一部として構成されてもよい。また、逆に、ロジックＩＣ１４００が、アクチュエータ駆動部１７－２の一部または全部を包含する構成であってもよい。

図１５（ａ）は、ロジックＩＣ１４００が出力する各信号を示す図である。図１５（ｂ）は、圧電素子３２の電極３２ａ、３２ｂの電位（電極３２ｃを基準電位０とした場合）と、分極領域３２ａｃ、分極領域３２ｂｃを流れる電流を示す図である。

ロジックＩＣ１４００は、図７（ａ）で示したような駆動指令、すなわち、二相交流の周波数、振幅、位相差に関する指令を受け取ると、それに対応して、図１５（ａ）に示すＡ、ＮＡ、Ｂ、ＮＢの４種類の信号を出力する。ここで、ＡはＡ相信号を示し、ＢはＢ相信号を示す。ＮＡ、ＮＢはそれぞれ、Ａ相、Ｂ相信号に対して位相が１８０°ずれた信号である。また、Ａ相とＮＡ相の組み合わせ、Ｂ相とＮＢ相の組み合わせがそれぞれ差動入力として機能するため、これらの差分信号Ａ－ＮＡ、Ｂ－ＮＢも併せて示されている。

Ａ相、Ｂ相信号はそれぞれ、周期的なパルス信号である。これらの信号の周波数ｆと位相差Δθには、二相交流の周波数指令と位相差指令とがそのまま適用される。さらに、これらの信号は所定のデューティー比Ｄで出力され、これは振幅指令に基づき決定される。具体的には、振幅指令が０から所定の最大値に変化する間に、デューティー比Ｄは０％から５０％に変化し、Ｄ＝τ／（１／ｆ）により決定される。τは信号がゼロでない期間である。

モータドライバＩＣ１４０１はバッファとして機能し、上述の４種類の信号を受け取り、同様の信号を出力する。このようなバッファが必要な理由は、超音波モータ３０の駆動時は大きな電流が流れるが、一般に、ロジックＩＣ１４００は大きな電流を流すことはできないからであり、別途専用のＩＣとしてモータドライバＩＣ１４０１が設けられている。

モータドライバＩＣ１４０１から出力されるＡ相信号とＮＡ相信号の組み合わせの差動により、インダクタ１４０２ａとトランス１４０３ａとにより構成される回路を経由して、圧電素子３２の電極３２ａと電極３２ｃとの間に駆動信号が印可される。また、Ｂ相信号とＮＢ相信号の組み合わせの差動により、インダクタ１４０２ｂとトランス１４０３ｂとにより構成される回路を経由して、圧電素子３２の電極３２ｂと電極３２ｃとの間に駆動信号が印可される。

ここで、電極３２ｃは基準電位（ＧＮＤ）に接続されているため、電位は一定（０）である。これに対して、電極３２ａ、３２ｂの各電位が周期的に正負反転しながら変化する。このような構成では、電極３２ａと電極３２ｃとの間、及び、電極３２ｂと電極３２ｃとの間に印可される電圧は、それぞれ、電極３２ａ、電極３２ｂと等しい。そのため、以降はこれらの電圧を便宜上、Ａ相電圧、Ｂ相電圧と記述する。また、これにより圧電素子３２の分極領域３２ａｃおよび分極領域３２ｂｃに流れる電流を、それぞれ、Ａ相電流およびＢ相電流と記述する。

Ａ相電圧及びＢ相電圧はそれぞれ、インダクタ１４０２及びトランス１４０３のインダクタンス成分と、圧電素子３２のキャパシタンス成分とにより、差動信号Ａ－ＮＡ、Ｂ－ＮＢから高周波成分が減衰された略正弦波状になる。これより、アクチュエータ駆動部１７－２の構成においても、超音波モータ３０には図７（ａ）で示したような二相交番電圧に近い駆動信号を印可することができるため、超音波モータ３０を駆動することができる。

その際、Ａ相電圧及びＢ相電圧の主成分の周波数及び位相差は、ロジックＩＣ１４００が出力するＡ相及びＢ相信号のものに相当し、すなわち、周波数指令及び位相差指令に相当する。また、Ａ相電圧及びＢ相電圧の主成分の振幅は、モータドライバＩＣ１４０１が出力するＡ相、Ｂ相信号の振幅（Ｈｉレベル）から、トランス１４０３の効果や、いわゆるＬＣ回路の電気共振により増幅される。この際、当該振幅は、Ａ相、Ｂ相信号のデューティー比に応じて単調増加する。これより、当該振幅は、間接的に振幅指令にも応じて単調増加する。

本実施の形態によれば、交番電流の振幅に関する指令は、パルス交流のデューティー比Ｄによって制御される。従って、本実施の形態の構成においても、周波数指令、位相差指令、振幅指令により、超音波モータ３０を駆動制御することができる。よって、アクチュエータ駆動部をより小型に構成することができるため、適用対象の範囲を広げることができる。なお、振幅指令に代えて、上述のデューティー比Ｄを直接指定するようにしてもよい。

（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態では、超音波モータを３つ有するステージ装置を説明する。超音波モータを３つ有するステージ装置として、カメラ本体１０ａ側のブレ補正機構２０を例にとる。

ブレ補正機構２０においては、駆動する対象は撮像部としての撮像素子１１である。ブレ補正機構２０は、交換レンズ１０ｂ側のブレ補正機構４０と比べて、Ｘ方向、Ｙ方向のブレだけではなく、ＸＹ平面内における回転方向（以降、θ方向と呼ぶ）のブレも補正するために、θ方向も駆動制御する。このために、ブレ補正機構２０は少なくとも３つの超音波モータを備える。

図１６は、ブレ補正機構２０の構成を示す模式図である。ブレ補正機構２０は、可動部２０ａ、固定部２０ｂを含み、さらに、複数の摩擦駆動アクチュエータである超音波モータ３０ａ、３０ｂ、３０ｃを含む。可動部２０ａが被駆動体であり、固定部２０ｂは、可動部２０ａを相対的に変位可能に支持する支持体である。図１６に示す矢印は、各超音波モータによる駆動方向（伝達する駆動力の方向）を示している。他の部品については図示を省略している。

ブレ補正機構２０において、超音波モータ３０ａ、３０ｂの組み合わせは、ブレ補正機構４０の場合と同様に、互いに直交するＸ方向及びＹ方向に駆動力を伝達するように配置されている。これに加えて、第３の超音波モータ３０ｃは、第２の超音波モータ３０ｂから離れた位置で且つ、同じ方向（Ｙ方向）に駆動力を伝達するように配置されている。さらに、ブレ補正機構４０の場合と同様に、可動部２０ａと固定部２０ｂの単一の組み合わせに対して複数の超音波モータ３０ａ、３０ｂ、３０ｃが接続されている。従って、薄型である一方、第１の実施の形態で説明したものと同様に、互いに及ぼす抵抗力による駆動特性の低下という問題を有する。

第２の超音波モータ３０ｂと第３の超音波モータ３０ｃとを逆相で駆動することで、可動部２０ａに回転モーメントを加えることができるため、θ方向に駆動することができる。また、これらを同相で駆動すれば、Ｙ方向にも駆動することができる。

ブレ補正機構２０における駆動制御は、ブレ補正機構４０における駆動制御（図１０）と基本的に同様であり、位置フィードバックを行う対象の位置信号がＸ、Ｙの２種類から、Ｘ、Ｙ、θの３種類に増えたものに相当する。ただし、これに対応して、ブレ補正制御部１５ａ中の出力変換器１００１と、アクチュエータ制御器の構成が変わるため、これらについて説明する。

図１７（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、ブレ補正制御部１５ａにおける出力変換器、アクチュエータ制御器を示すブロック図である。図１７（ｂ）では、代表として超音波モータ３０ａに対応するアクチュエータ制御器１７０２ａを示している。出力変換器１７０１（図１７（ａ））は、第１の実施の形態における出力変換器１００１に相当する。アクチュエータ制御器１７０２ａは評価器１７０３ａを含む。超音波モータ３０ａ、３０ｂ、３０ｃにおけるアクチュエータ制御器１７０２ａの構成は、含まれる評価器の構成以外は基本的に互いに同様である。図１７（ｃ）では、超音波モータ３０ｂ中の評価器１７０３ｂが示されている。超音波モータ３０ｃ中の評価器（図示せず）の構成は評価器１７０３ｂと同様である。

図１７（ａ）に示すように、出力変換器１７０１において、入力されたＸ方向の制御量（Ｘ）は、そのまま第１の超音波モータ３０ａのＡｃｔ．３０ａ制御量とすることができる。この際、超音波モータ３０ａの出力方向に合わせた変換を行うために、構成に応じて、正又は負の方向単位ゲインが掛けられる。一方、入力されたＹ方向の制御量（Ｙ）は、超音波モータ３０ｂ、３０ｃに、符号が同じで大きさが等しい同相成分として割り振られる。この際、第１の超音波モータ３０ａと出力レベルを合わせるために、方向単位ゲインは半分の大きさとされる。さらに、入力されるθ方向の制御量（θ）は、超音波モータ３０ｂ、３０ｃのどちらかに正、どちらかに負で大きさが互いに等しい逆相成分として割り振られる。

図１７（ｂ）に示すように、アクチュエータ制御器１７０２ａにより各超音波モータの駆動指令は決定されるが、この際、アクチュエータ制御器１７０２ａが参照する他の超音波モータの制御量は２つ存在する。例えば、一例として、超音波モータ３０ａを制御対象（ここでは自モータと呼ぶ）とし、超音波モータ３０ｂ、３０ｃを他の超音波モータ（ここでは他モータと呼ぶ）として説明する。自モータのＡｃｔ．３０ａ駆動指令を決定する際、他モータのＡｃｔ．３０ｂ、３０ｃ制御量も参照される。特に、図１７（ｂ）に示すように、自モータのＡｃｔ．３０ａ振幅指令は、自モータのＡｃｔ．３０ａ制御量だけでなく、他モータのＡｃｔ．３０ｂ、３０ｃ制御量も加味して決定される。しかも、評価器１７０３ａによりＡｃｔ．３０ｂ、３０ｃ制御量に重み付けをして、Ａｃｔ．３０ａ振幅指令の算出に反映される。図１７（ｂ）に示す例では、Ａｃｔ．３０ｂ、３０ｃ制御量の重み付けは０．５同士であり、均等の重み付けとなっている。

評価器１７０３ａによる重み付けは、他モータに与える抵抗の大きさを勘案して予め決定されている。図１７（ｂ）に示すように、超音波モータ３０ａ用のアクチュエータ制御器１７０２ａにおける評価器１７０３ａは、他の超音波モータ３０ｂ、３０ｃの出力を同量ずつ参照して加算し、第２の制御量１７０４ｂとして出力する。これは、超音波モータ３０ａに対して超音波モータ３０ｂ、３０ｃは共に駆動方向が略直交しているため、各々に与える抵抗の大きさが概ね等しいからである。

ところで、評価器１７０３ａは、パラメータ変換器及び次元削減器となるように構成され、第２の制御量は１次元の情報として出力されることで、図１１、図１２で示したのと同様に振幅指令に関する処理を実現できる。ただし、これに限らず、振幅ＬＵＴを３次元以上のテーブルにより構成し、振幅ＬＵＴが評価器１７０３ａを兼ねる処理を行うように構成してもよい。

一方、超音波モータ３０ｂが自モータとなる場合は、超音波モータ３０ａ、３０ｃが他モータとなる。この場合、図１７（ｃ）に示すように、超音波モータ３０ｂ中の評価器１７０３ｂは、自モータのＡｃｔ．３０ｂ振幅指令を、自モータのＡｃｔ．３０ｂ制御量だけでなく、他モータのＡｃｔ．３０ａ、３０ｃ制御量も加味して決定する。図１７（ｃ）に示す例では、Ａｃｔ．３０ａ、３０ｃ制御量の重み付けは０．８対０．２であり、Ａｃｔ．３０ｃ制御量よりもＡｃｔ．３０ａ制御量の重み付けが大きくなっている。これは、超音波モータ３０ｂに対して、超音波モータ３０ｃの駆動方向が略平行であるのに対し、超音波モータ３０ａの駆動方向が略直交するため、超音波モータ３０ｃに与える抵抗よりも超音波モータ３０ａに与える抵抗の方が大きくなるからである。

本実施の形態によれば、自モータに対応する振幅指令を決定する際、２以上の他のモータのうち、自モータによる駆動により与える駆動抵抗が小さい方よりも与える駆動抵抗が大きい方に対応する第２の制御量の重み付けが大きく設定される。このように、各々が互いに及ぼす抵抗の影響度合いを勘案しながら振幅指令を算出することで、駆動方向の異なる３以上のアクチュエータを適切に制御することができる。

なお、本実施の形態において、仮に、自モータの駆動方向と他モータの駆動方向とが平行でも直交でもない場合は、次のように制御するとよい。自モータに対応する振幅指令を決定する際、２以上の他のモータのうち、駆動方向が自モータの駆動方向と平行に近い方に対応する第２の制御量よりも平行に近くない方に対応する第２の制御量の重み付けがより大きく設定される。

（第４の実施の形態）
第１～第３の実施の形態では、摩擦駆動アクチュエータとして共振型の超音波モータ３０を例示したが、本発明の駆動制御は他の種類の摩擦駆動アクチュエータにも適用することができる。例えば、図１８に示すような非共振型の超音波モータ１８００に対しても、本発明の駆動制御を適用することができる。

図１８において、超音波モータ１８００は、主筐体１８００ａ、１８００ｂ、摩擦子１８０１、圧電素子１８０２ａ、１８０２ｂ、加圧部（圧縮バネ）１８０３を備える。可動部１８１０ａが、固定部１８１０ｂに対し、相対的に移動する。図１８では、圧電素子１８０２ａ、１８０２ｂの伸縮振動、及び、これによる摩擦子１８０１の先端の振動軌跡を矢印Ｆ１により示している。また、これにより伝達される駆動力を矢印Ｆ２で示している。

この超音波モータ１８００において、摩擦子１８０１は、超音波モータ３０ａにおける振動子３１の突起部の１つに相当する。２つの圧電素子１８０２ａ、１８０２ｂは、超音波モータ３０ａにおける圧電素子３２の２つの分極領域３２ａｃ、３２ｂｃにそれぞれ相当する。超音波モータ３０ａと同様に、２つの圧電素子１８０２ａ、１８０２ｂに二相交流を流すように駆動信号を印可することで、摩擦子１８０１の先端が楕円軌跡で振動し、可動部１８１０ａを摩擦するので、可動部１８１０ａに駆動力を伝達することができる。この超音波モータ１８００では、主筐体１８００ａと摩擦子１８０１とが別体であり、主筐体１８００ａは剛体である。そのため、摩擦子１８０１は共振しないが、駆動力伝達の原理は超音波モータ３０ａと同様であるため、本発明を適用することができる。

（第５の実施の形態）
上記各実施の形態では、ＸＹ方向の平面ステージに相当するブレ補正機構２０、４０を例示した。しかし、本発明は他の形式のステージ装置にも適用することができる。

図１９（ａ）、（ｂ）は、球面ステージ装置の平面図、正面図である。この球面ステージ装置１９２０は、例えば、ネットワークカメラ等に用いられる。球面ステージ装置１９２０の可動部１９２０ａにカメラ部１９０１が備えられる。いわゆる北半球側（下半分）の広範囲を選択的に撮影可能にするために、球面ステージ装置１９２０の南半球（上半分）の部分に複数の超音波モータ１９３０ａ、１９３０ｂ、１９３０ｃが接続されている。これらの連携制御により、固定部１９２０ｂに対して可動部１９２０ａが相対的に移動し、カメラ部１９０１が北半球側の任意の方向に向くように駆動制御される。

カメラ部１９０１を北半球の任意の方向に向くようにするために、可動部１９２０ａに複数の超音波モータ１９３０ａ～１９３０ｃが接続されている。超音波モータ１９３０ａ～１９３０ｃは、矢印１９５０ａで示す回転方向、及び、矢印１９５０ｂ、１９５０ｃの並進方向で示される球面座標系において、互いに平行でない関係にあるように配置される。

よって、上記各実施の形態で説明した抵抗による課題が発生する。すなわち、各々の超音波モータ１９３０ａ～１９３０ｃに対して単純な省電力駆動制御を行うと、他の超音波モータに対する抵抗が増大して、駆動特性が低下する。このような球面ステージ装置１９２０に対しても、本発明の駆動制御を適用することで、省電力と駆動特性のバランスのよい駆動制御を行うことができる。

なお、各実施の形態において、「略」を付したものは完全を除外する趣旨ではない。例えば、「略直交」、「略平行」、「略比例」、「略平面状」、「略平板形状」、「略中心線上」は、それぞれ完全な「直交」、「平行」、「比例」、「平面状」、「平板形状」、「中心線上」を含む趣旨である。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。上述の実施形態の一部を適宜組み合わせてもよい。

１５ａ、１５ｂ ブレ補正制御部
１７ａ、１７ｂ アクチュエータ駆動部
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ 超音波モータ
３１ａ、３１ｂ 突起部
４０ｂ、２０ｂ 固定部
４０ａ、２０ａ 可動部

Claims (11)

1. 被駆動体と、
   前記被駆動体を相対的に変位可能に支持する支持体と、
   摩擦子を有し、前記被駆動体および前記支持体のいずれか一方に固定されると共に、前記被駆動体および前記支持体のいずれか他方に対して前記摩擦子が加圧接触し、振動を用いて互いに平行でない方向の駆動力を前記被駆動体に与える複数のアクチュエータと、
   前記複数のアクチュエータの各々に対応する制御量に基づいて、前記アクチュエータの各々に対応する駆動指令を生成する制御手段と、
   前記制御手段により生成された駆動指令に応じた駆動信号を出力することで前記アクチュエータの各々を駆動する駆動手段と、を有し、
   前記制御手段は、前記複数のアクチュエータのうち、あるアクチュエータに対応する第１の制御量と、前記複数のアクチュエータのうち前記あるアクチュエータではない他のアクチュエータに対応する第２の制御量とに基づいて、前記あるアクチュエータに対応する前記駆動指令を生成することを特徴とするステージ装置。
2. 前記駆動信号は、前記アクチュエータの各々が有する圧電素子に二相の交番電流を流すための信号であり、
   前記制御量は、前記アクチュエータごとに、駆動力を示す駆動力制御量と前記被駆動体を変位させる量を示す変位量制御量とを含み、
   前記制御手段は、前記あるアクチュエータに対応する駆動指令のうち前記交番電流の位相差に関する指令を、前記第１の制御量における前記駆動力制御量に基づき決定すると共に、前記あるアクチュエータに対応する駆動指令のうち前記交番電流の振幅に関する指令を、前記第１の制御量における前記駆動力制御量と前記第２の制御量における前記駆動力制御量または前記変位量制御量とに基づいて決定することを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
3. 前記制御手段は、前記あるアクチュエータに対応する駆動指令のうち前記交番電流の振幅に関する指令を決定する際、前記第１の制御量における前記駆動力制御量が、第１の量である場合よりも、前記第１の量より小さい第２の量である場合の方が、前記振幅を小さくすることを特徴とする請求項２に記載のステージ装置。
4. 前記制御手段は、前記あるアクチュエータに対応する駆動指令のうち前記交番電流の振幅に関する指令を決定する際、前記第１の制御量における前記駆動力制御量が前記第２の量であって前記振幅を小さくする場合において、前記第２の制御量における前記駆動力制御量が、第３の量である場合よりも、前記第３の量より大きい第４の量である場合の方が、前記振幅を小さくする度合いを低くすることを特徴とする請求項３に記載のステージ装置。
5. 前記制御手段は、前記あるアクチュエータに対応する駆動指令のうち前記交番電流の振幅に関する指令を決定する際、前記第１の制御量における前記駆動力制御量が前記第２の量であって前記振幅を小さくする場合において、前記第２の制御量における前記変位量制御量が第５の量である場合よりも、前記第５の量より小さい第６の量である場合の方が、前記振幅を小さくする度合いを低くすることを特徴とする請求項３に記載のステージ装置。
6. 前記駆動信号は、前記アクチュエータの各々が有する圧電素子に二相の交番電流を流すための信号であり、
   前記他のアクチュエータは２以上の他のアクチュエータを含み、
   前記制御手段は、前記あるアクチュエータに対応する駆動指令のうち前記交番電流の振幅に関する指令を決定する際、前記２以上の他のアクチュエータのうち、前記あるアクチュエータの駆動により与える駆動抵抗が小さい方に対応する前記第２の制御量よりも前記あるアクチュエータの駆動により与える駆動抵抗が大きい方に対応する前記第２の制御量の重み付けを大きくすることを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
7. 前記駆動信号は、前記アクチュエータの各々が有する圧電素子に二相の交番電流を流すための信号であり、
   前記他のアクチュエータは２以上の他のアクチュエータを含み、
   前記制御手段は、前記あるアクチュエータに対応する駆動指令のうち前記交番電流の振幅に関する指令を決定する際、前記２以上の他のアクチュエータのうち、駆動方向が前記あるアクチュエータの駆動方向と平行に近い方に対応する前記第２の制御量よりも平行に近くない方に対応する前記第２の制御量の重み付けを大きくすることを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
8. 前記アクチュエータの各々が有する圧電素子には、３つの電極により２つの分極領域が形成され、
   前記駆動信号は、前記２つの分極領域に二相の交番電流を流すための信号であることを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
9. 前記駆動信号は、前記アクチュエータの各々が有する圧電素子に二相の交番電流を流すための信号であり、
   前記駆動手段は、モータドライバＩＣと、インダクタンス成分及びトランス成分を含む駆動回路と、を有し、
   前記駆動手段は、前記駆動信号としてパルス交流を生成して前記圧電素子に印可し、
   前記駆動指令のうち前記交番電流の振幅に関する指令は、前記パルス交流のデューティー比によって制御されることを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載のステージ装置と、
    前記ステージ装置によって駆動される撮像部と、を有することを特徴とする撮像装置。
11. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載のステージ装置と、
    前記ステージ装置によって駆動されるレンズと、を有することを特徴とするレンズ鏡筒。
    
    

Images